f+h fördern und heben 7-8/2022

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 3D-GEDRUCKTE SEILENDVERBINDUNG FÜR FASERSEILE WEITERENTWICKLUNG VEREINT VIELZÄHLIGE MERKMALE In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt wurde eine zum Patent angemeldete neuartige Seilendverbindung für Faserseile weiterentwickelt. Diese Endverbindung wird mithilfe additiver Fertigung hergestellt und lässt sich so auf die spezifischen Anforderungen anpassen. Hochfeste Faserseile finden aufgrund ihrer Eigenschaften, hohe Bruchkräfte und geringe Dehnung, vermehrt Einsatz in industriellen Anwendungen und in der Fördertechnik [1]. Zum Einbau und Befestigen der hochfesten Faserseile lässt sich der klassische Spleiß oder auch ein Verguss verwenden [2]. Diese Endverbindungen sind jedoch nur bedingt lösbar; im Falle des Vergusses überhaupt nicht. Allerdings wäre eine lösbare und dennoch eine hohe Bruchkraft erreichende Seilendverbindung vorteilhaft. Wünschenswert wäre ferner eine einfache Art und Weise der Produktion dieser Endverbindung, z. B. per Rapid-Prototyping. Im Rahmen eines Wipano-Forschungsprojekts wurde eine solche Endverbindung, die zum Patent angemeldet ist (DE102020108930A1), weiterentwickelt. KURZEINFÜHRUNG ADDITIVE FERTIGUNG/ RAPID PROTOYTPING Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde ein Desktop-3D-Drucker der Firma Formlabs (Bild 01) beschafft, welcher nach dem SLA-Verfahren (Stereolithografie) arbeitet, um unabhängig und kurzfristig neue Prototypen der Endverbindung drucken zu können. Beim SLA-Verfahren wird mithilfe eines Lasers ein flüssiges Harz (Epoxid, Acryl oder Vinylester) in dünnen Schichten ausgehärtet [3]. Mithilfe der additiven Fertigung sind weitgehend freie Formen und Hinterschneidungen möglich. Darüber hinaus zeichnen sich die Kunststoffteile durch ein geringes Eigengewicht aus. Positiv ist bei der additiven Fertigung außerdem die kurzfristige Verfügbarkeit der Teile und die bei kleinen Stückzahlen geringen Produktionskosten (Bild 02). So lässt sich bei Einzelfertigung der im Aufmacherfoto gezeigten Endverbindung ein Kostenersparnisfaktor von ca. 20 und selbst bei einer Stückzahl von 100 ein Faktor von ca. 2,5 realisieren. 01 Desktop-3D-Drucker 34 f+h 2022/07-08 www.foerdern-und-heben.de

02 1.000 900 Stückkostenvergleich herkömmliche Fertigung gegenüber 3D-Druck PA6 und PEEK für herkömmliche Fertigung; Rigid 4000 zu PEEK vergleichbares 3D-Druckmaterial Befördern Sie Ihr Corporate Design auf ein neues Level – mit unseren Förderröllchen und Rollschienen in Ihrer Corporate Farbe! 800 Kosten pro Stück (€) 700 600 500 400 300 Material PA6 Material PEEK Material Rigid 4000 Kunststoffröllchen mit PU-Beschichtung 200 100 0 1 10 100 1.000 Stückzahl AUFBAU DER 3D-GEDRUCKTEN ENDVERBINDUNG Die entwickelte Endverbindung basiert für die Kraftübertragung auf einer Kombination aus Klemmung und Reibung. Das Faserseil wird in die beiden Führungsnuten der Klemmplatten und um die Kausche gelegt, in einem nächsten Schritt werden die beiden Klemmplatten über Schrauben miteinander verbunden. Die Verschraubungen bringen die für die übertragbare Reibkraft notwendige Querkraft auf. Vorteil der Verschraubung ist die einfache Einstellung der Seillänge, z. B. für Aufzüge, oder auch die einfache Versetzung der Endverbindung bei Abspannungen. Die Endverbindung ist in weiten Teilen für verschiedene Seildurchmesser skalierbar. Die Kausche lässt sich frei nach den Erfordernissen designen und konfigurieren, so sind Bügel- und Gabelausführungen denkbar (Bild 03). Tragfähigkeit bis zu 40 kg pro Rolle ERGEBNISSE DER ENTWICKLUNGSVERSUCHE Für die Weiterentwicklung der Endverbindung wurden Zug- und Zugschwellversuche durchgeführt, deren Ergebnisse wiederum in die Entwicklung zurückgeführt wurden. Die variierten Parameter für die Zugversuche waren vornehmlich die Länge der Endverbindung, die durch die Schrauben aufgebrachte Querkraft sowie die Geometrie und Ausführungsart der Führungsnuten. Die identifizierten Haupteinflüsse waren dabei die Klemmlänge und die Querkraft. Als Versuchsseile dienten Faserseile aus Dyneema und Vectran in der Machart offenes Geflecht, da bei diesen Seiltypen die geringsten Reibkoeffizienten zu erwarten sind. Der Hauptteil der Versuche wurde mit Seilmustern mit einem Durchmesser von 5 mm durchgeführt, zur Überprüfung der Skalierbarkeit fanden auch Versuche mit 12 mm Seildurchmesser statt. Bei den Zugversuchen mit der finalen Endverbindungsversion ließen sich, im Vergleich mit der vom Seilhersteller angegebenen Mindestbruchlast, relative Zugkräfte von mehr als 68 Prozent erreichen. Die Restbruchkraft nach den Zugschwellversuchen lag bei mehr als 43 Prozent. Die Versuche zeigten allerdings Potenziale auf, wie sich die Endverbindung weiterentwickeln lässt, um die Bruchkräfte zu erhöhen. Zusätzlich zu den Zug- und Zugschwellversuchen, welche in der EN 13411-7 gefordert sind, wurden Biegeversuche mit Seilen im Neuzustand und im präparierten Zustand durchgeführt. Präpariert heißt in diesem Zusammenhang, dass ein Seil getestet wurde, bei dem die spätere Biegezone in der Seilklemme lag und eine Zugkraft aufgebracht wurde, die ca. 33 Prozent der Seil- Mindestbruchlast entsprach. Es wurde eine Restlebensdauer des präparierten Seiles im Vergleich zu dem neuen Seilmuster von ca. 54 Prozent erreicht. Demzufolge muss also festgestellt werden, dass die Klemmung des Seiles einen negativen Einfluss hatte und im späteren Einsatz diesem Fakt Rechnung getragen werden muss. Profil aus verzinktem Stahlblech www.torwegge.de